第 9 页 共 32 页
在系统发生单相接地故障时，利用消弧线圈的电感电流对接地电容电流进行补偿，使流过接地点的电流减小到能自行熄弧范围，其特点是线路发生单相接地时，按规程规定电网可带单相接地故障运行1~2小时。对于中压电网，因接地电流得到补偿，单相接地故障并不发展为相间故障，因此中性点经消弧线圈接地方式的供电可靠性，大大的高于中性点经小电阻接地方式。为提高供电可靠性，按有关规程规定，以架空线路为主的10KV系统电容电流超过30A (近年又提高要求为10A)以上者，必须改为中性点经消弧线圈接地的补偿方式。
(2) 运行状况分析
中性点经消弧线圈接地系统单相接地的电流分布如图2.2所示。
从图2.2中可知，当发生单相接地时，非故障线路电容电流的大小、方向与中性点不接地系统一样;但对故障线路而言，接地点增加了一个电感分量的电流。从接地点流回的总电流为ID为： ID =IL+I式中：IL为消弧线圈的补偿电流，I由于IL和I........CE （2-3）
CE为系统的对地电容电流。
CE相位相差180°，ID将随消弧线圈的补偿程度而变，因此，故障线
.路零序电流的大小和方向也随之改变。
① 全补偿时系统运行特点分析sIl 当全补偿时，有IL=I..CE，接地点电流ID接近于零，故障线路零序电流等于线路
.本身的电容电流，方向由母线流向线路，零序功率方向与非故障线路完全相同。此时有式子?L=1/(3?CE)成立(其中?为角频率，CE为线路电容的总和)，这正是工频串联谐振的条件，如果由于系统三相对地电容不对称，或者断路器合闸三相触头不同而使闭合时出现零序电压，串接于L及3CE之间，串联谐振将导致电源中性点对地电压升高及系统过电压，这是很危险的。
UNL..Ⅰ.ECEBEA.C0C0IL.'IC?ICB?ICC'...
ⅡIL.C0C0dC0CBAC0
U0.
第 10 页 共 32 页
a） b） 图2.2 消弧线圈接地电网中单相接地时的电流分布
a）电路图 b）相量图
② 欠补偿时系统运行特点分析 当欠补偿时，有IL 改变时，例如某些线路因检修被迫切除或因短路跳闸时，系统零序电容电流会减小，致使可能得到完全补偿，所以欠补偿方式一般不用。 ③ 过补偿时系统运行特点分析 当过补偿时，有IL>I..CE，补偿以后的接地电流ID是感性的，故障线路零序电流 .增大了，且方向与非故障线路相同，由母线流向线路。采用这种方式即使系统运行方式发生改变，也不会发生串联谐振。因此实际中获得了广泛的应用，补偿程度用补偿 ?II度p表示，其值为: p = ILCECE （2-4） 一般选择过补偿度值为p=(5-10)%。在过补偿情况下，通过故障线路保护安装处的电流为补偿后的感性电流。此电流在数值上很小，在相位上超前U0的相角为90°，与非故障线路容性电流与U零序方向保护己不适用。 (3) 系统特点 当接地电容电流超过允许值时，可采用消弧线圈补偿电容电流，保证接地电弧瞬间熄灭，以消除弧光间隙接地过电压，中性点经消弧线圈接地，在大多数情况下能够迅速地消除单相的瞬间接地电弧，而不破坏电网的正常运行。接地电弧一般不重燃，从而把单相电弧接地过电压限制到不超过2.5UΦ (UΦ为系统相电压)。很明显，在很多单相瞬时接地故障的情况下，采用消弧线圈可以看作是提高供电可靠性的有力措施，目前随着电网规模和负载越来越大，运行方式经常变化，消弧线圈也应当经常作相应的调整，以补偿相应的电容电流。因而出现了以实现消弧线圈调整自动化为目的的消弧线圈自动调谐装置，这种装置扩大了消弧线圈在大电网、多运行方式下的适应能力。 中性点经消弧线圈接地方式的主要缺陷有: ① 采用中性点经消弧线圈接地方式，不仅减小了线路的故障电流，而且故障线路 ..0 的关系相同。因此在过补偿的情况下，零序电流保护和 第 11 页 共 32 页 的零序电流方向也发生了变化，给接地保护的正确选线提出了更高的要求。 ② 中性点经消弧线圈接地方式易发生谐振，且消弧线圈的补偿容量不易随电容电流的增加而增加。 ③ 消弧线圈的阻抗较大，既不能释放线路上的残余电荷，也不能降低过电压的稳态分量，因而对其它形式的操作过电压不起作用。 2.2.3 中性点经高阻接地方式 中性点经电阻接地方式，即中性点与大地之间接入一定阻值的电阻。该电阻与系统对地电容构成并联回路，由于电阻是耗能元件，也是电容电荷释放元件和谐振的阻压元件，对防止谐振过电压和间歇性电弧接地过电压，有一定优越性。中性点经高阻接地方式以限制单相接地故障电流为目的，并可防止阻尼谐振过电压和间歇性电弧接地过电压，主要用于200MW以上大型发电机回路和某些6一10Vk配电网。 (1) 运行特点 由于中性点经电阻接地可以迅速判断故障，对于90%以上是电缆线路的城市电网，需要采用此种接地方式。另外，在人口稠密地区，架空线一相导线落地会对人身安全造成极大的威胁，因而也应考虑这种电阻接地方式。中性点经电阻接地在国内部分电网已开始应用，并取得了良好的效果。这种接地方式的优越性具体表现为: ① 有效地降低单相接地工频过电压和弧光接地过电压水平，是消除电压互感器铁磁谐振过电压的最有效的措施。只要R?1/(3?C0) ( C0为线路对地电容总和)，弧光接地过电压能被限制在2.2 UΦ以下。对于不同的系统，对地电容不同，电阻取值不同。对R无论是低阻还是高阻都能达到抑制电压互感器谐振电压和断线谐振电压的目的，当然R愈小，过电压水平愈低，但同时应兼顾通过人体的接地电流不明显增力口。 ② 可简化继电保护，实现快速切除故障，缩短电压持续时间。这样，限制带故障运行有助于性能优良的无间隙氧化锌避雷器的推广应用。从保证保护具有足够的灵敏度的角度来考虑，要求R不宜太大，对接地过流继电器，如果架空线电网中性第二章小电流接地系统单相接地故障过程分析点电阻电流为100A，则故障线中总零序电流比其它回路的电容电流大得多，从而保证了动作的选择性。对接地方向继电器，零序电流的功率因数是影响灵敏度的重要因素，当接地电流的有功分量与电容电流之比大于2时，接地方向继电器才能可靠工作。 (2) 中性点经电阻接地方式的缺陷有: ① 对于有架空线的配电网，一般配有自动重合闸，中低阻接地方式在单相接地时， 第 12 页 共 32 页 开关的跳闸率将大大增加，但绝大多数接地故障是由于架空线接地引起的，并且70%~80%的单相接地跳闸可以重合成功，只是对开关的性能提出了更高的要求;然而由于电缆线路不设置重合闸，采用小电阻接地方式的电缆网络不会使跳闸次数有明显的增加。 ② 关于过渡电阻。如果单相接地不是金属性的，而是经过一过渡电阻接地，当架空线路断线落地(水泥路或沥青路)，甚至掉在树上，这对接地电流有很大的影响，将使得继电保护灵敏度降低而影响系统安全运行。 2.2.4 各种中性点接地方式的综合比较 各种中性点接地方式如：中性点不接地、中性点经电阻接地、中性点经消弧线圈接地、中性点经消弧线圈并（串）电阻接地、直接接地等接地方式的综合比较见表2.1 表2.1中性点接地方式比较 中性点接地方式 消弧线圈接 比较项目 单相接地电流 大 大 小，同脱谐度有关 人身触电危险性 单相电弧接地过电压 大 最高 大 低 减小 较高，高过不接地 电阻接地 地 接地 小，同脱谐度有关 减小 低，高过电最危险 最低 最大 （串）电阻直接接地 消弧线圈并电压概率小 压概率小 单相接地保护 对通信的感应危害 铁磁谐振过电压 操作过电压 高压串入低压引起过电压 保护接地的安全性 较难 较小 高 最高 最高 单相接地电流大时危险 易 大 低 最低 低 单相接地电流大事危险 难 小 高 较高 较高 安全 较易 小 低 较低 较低 安全 很容易 最大 低 低 最低 危险 3 MATLAB 仿真模型的建立